膨胀元件的制作方法

膨胀元件
1.本发明涉及车身中的结构元件上的膨胀元件，更特别地涉及机动车辆的车身中的结构元件上的膨胀元件，并且还涉及用于利用这种膨胀元件接合车身的两个结构元件的方法。
2.机动车辆的车身常常设计成具有轻质结构。在这些情况下，通常希望在某些位置有目的地增强这些轻质结构。在此，例如，形成空腔的车身的区域可以通过置入的加强元件来加强。另一方面，增强元件也可以粘合到车身的平面区域，以便为它们提供增强。
3.一种已知的用于增强机动车辆中轻质结构的方法是在车身元件上布置所谓的带或垫，然后在涂漆炉中使它们发泡并固化。这种带或垫可用于例如将车身的两个基本相对置的结构元件连接在一起。
4.第一种已知的此类产品描述于us2003/0183317a1中。在这种情况下，将一个或多个加强层设置在可膨胀材料中，它们最终机械增强加强元件。加强层可以由不同种类的材料形成。
5.已知的另一种类似的产品描述于wo2015/011687a1中。在此再次地，纤维层或非织造网整合入可膨胀材料中，以便机械增强整个加强元件。
6.此外，类似的层合体形式的加强元件也是已知的。例如，wo2011/109699a1公开了一种这样的层合体。在这种情况下，在每种情况下，在箔(folie)上设置一层可膨胀材料。为了实现层之间的连接，箔和可膨胀材料的表面张力彼此相适应。此外，利用箔以便控制设置在其上的可膨胀材料的膨胀。
7.迄今为止已知的增强元件的缺点是，一方面，在垂直于层平面的方向上的膨胀通常是不充分地或者几乎不受控制地进行。结果，为了能够通过加强元件的膨胀来封闭车身的两个结构元件之间的某些间隙，需要使用更大且因此更重的加强元件。此外，在已知的解决方案中，缺点还在于，尽管采取了相应的措施，但加强元件的层之间的连接还是不充分的。
8.因此，本发明的目的是提供一种前述类型的加强元件或膨胀元件，一方面，其在垂直于膨胀元件的层的方向上具有改进的膨胀，另一方面，其能够改进膨胀元件的各个层之间的连接。此外，膨胀元件应该是成本有效的并且易于生产和使用。
9.该目的首先通过将平面状织物用于使车身中结构元件上的膨胀元件受控膨胀来实现，其中该平面状织物在两侧被可膨胀材料覆盖，并且其中膨胀元件在垂直于平面状织物的方向上的膨胀比没有平面状织物的膨胀元件的情况大至少15％。
10.上述目的还通过一种用于利用膨胀元件连接车身的两个结构元件的方法来实现，该方法包括以下步骤：
[0011]-提供可膨胀材料；
[0012]-提供平面状织物；
[0013]-形成包括所述可膨胀材料和所述平面状织物的膨胀元件，其中所述平面状织物在两侧被可膨胀材料覆盖；以及
[0014]-使所述膨胀元件膨胀，其中所述膨胀元件在垂直于所述平面状织物的方向上的
膨胀比没有平面状织物的膨胀元件的情况大至少15％。
[0015]
本文提出的解决方案首先提供了这样的优点，即由于在可膨胀材料层之间使用平面状织物，可以实现层之间连接的改善。在此似乎重要的是，在可膨胀材料固化时，可膨胀材料也会透过(hindurch)平面状织物而交联。由此理论上会导致功能上没有区分的单一、固化且交联的膨胀元件。
[0016]
令人惊讶地已经发现，在这种可膨胀材料中使用平面状织物导致在垂直于平面状织物的平面方向上的膨胀比使用箔的情况更显著。在此，平面状织物相对于箔的通常较低的重量可能起了作用，以及如上所述的透过平面状织物而交联。
[0017]
因此，可以分别提供一种方法和用途，利用该方法和用途可以显著地改善在期望方向上的膨胀，特别地用以闭合两个基本上相对置的元件之间间隙。因此，这里描述的解决方案提供了这样的优点，即，与已知的膨胀元件的情况相比，可以采用更小或更轻的膨胀元件。
[0018]
此外，由于在限定方向上的更为受控的膨胀，获得了可以防止相邻区域不期望的泡沫填充的优点。例如，通常不希望与将增强区域相邻的区域被泡沫填充，因为否则的话例如片材中的打孔器的组装元件不再能够被使用。
[0019]
下文现在描述优选的示例性实施方案和改进。
[0020]
在一个示例性的改进方案中，膨胀元件在垂直于平面状织物的方向上的膨胀比没有平面状织物的膨胀元件的情况大至少20％或至少25％或至少30％。
[0021]
在一个示例性实施方案中，平面状织物是网。
[0022]
在一个替代的示例性实施方案中，平面状织物是编结物(gestrick)、织造物、铺置稀松布、编织物或针织物(gewirke)。
[0023]
在一个示例性实施方案中，该平面状织物的基重(dicke)为5至500g/m2、优选5至300g/m2、优选5至100g/m2、更优选5至50g/m2。
[0024]
在一个示例性实施方案中，该平面状织物具有10至1000μm、优选50至500μm的厚度。
[0025]
使用具有这种厚度或这种单位面积重量的平面状织物具有的优点是，由此可以使用特别轻的平面状织物。这一方面导致在垂直于平面状织物的方向上的膨胀不受平面状织物重量的阻碍，另一方面导致整个膨胀元件可以构造成尽可能轻的。
[0026]
在一个示例性实施方案中，平面状织物的网孔尺寸为0.5-15mm、优选1-10mm、更优选2-7mm。
[0027]
提供这种网孔尺寸的优点在于，由此在可膨胀材料固化时改善透过平面状织物的交联。
[0028]
在一个示例性实施方案中，平面状织物的纤维具有多方向取向。
[0029]
使用多方向取向的纤维提供了这样的优点，即由此平面状织物附近的膨胀在平行于平面状织物平面的所有方向上受到有效限制。可膨胀材料因此在垂直于平面状织物的平面的方向上的膨胀则增强。
[0030]
在一个示例性实施方案中，平面状织物对处于固化状态的膨胀元件的拉伸强度基本上没有影响。
[0031]
这又具有这样的优点，即如果机械性能仅由可膨胀材料决定，则可以使用特别轻的和粗孔的平面状织物。这带来上面所述的优点。
[0032]
在一个示例性实施方案中，在可膨胀材料固化时会形成可膨胀材料透过平面状织物的交联。
[0033]
通过平面状织物的这种交联提供了这样的优点，即由此可以确保在膨胀元件的各个元件或层之间改善的连接。
[0034]
在一个示例性实施方案中，平面状织物包括以下材料中的一种或多种：玻璃纤维、碳纤维或塑料纤维(特别地是聚酯纤维)。
[0035]
使用特别是塑料纤维所提供的优点是，由此可以提供特别成本有效和轻质的平面状织物。
[0036]
在一个示例性实施方案中，平面状织物的表面覆盖率小于80％、优选小于50％、更优选小于30％。
[0037]
本发明上下文中的"表面覆盖率"是指在平面状织物的俯视图下(垂直于平面状织物平面的观察方向)纤维在平面上的覆盖百分比。
[0038]
因此，100％的表面覆盖率意味着织物的纤维完全覆盖织物的平面，使得在俯视图中纤维之间根本没有空间。相应地，50％的表面覆盖率是指在俯视图中一半表面被纤维覆盖，另一半表面由纤维之间的空间组成。
[0039]
在一个示例性实施方案中，使用或提供多个平面状织物。
[0040]
在一个示例性的改进方案中，使用两个至五个之间、或两个至四个之间、或两个至三个之间、或正好两个、或正好三个平面状织物或者提供它们以形成膨胀元件。
[0041]
实验中发现，通过设置多个平面状织物，可以增强在垂直于平面状织物的方向上的加强膨胀的效果。因此，可以特别根据可膨胀材料的总厚度和膨胀率选择平面状织物的合适数量和布置。
[0042]
在一个示例性实施方案中，所述一个或多个平面状织物对称地设置在膨胀元件中。
[0043]
在一个示例性实施方案中，所述一个或多个平面状织物以这样的方式布置在膨胀元件中，使得对于由平面状织物形成的每一层，可膨胀材料的层厚度为膨胀元件总厚度的至少10％。
[0044]
在一个有利的改进方案中，可膨胀材料的最小层厚度相对于膨胀元件的总厚度为至少15％或至少20％或至少25％或至少30％。
[0045]
在一个替代的实施方案中，一个或多个平面状织物不对称地设置在膨胀元件中。
[0046]
在一个示例性实施方案中，开头所述的方法包括以下额外步骤：将所述膨胀元件粘附到所述结构元件之一上。
[0047]
在第一种示例性的改进方案中，可膨胀材料在室温下是粘性的，并且膨胀元件在其设置在结构元件上之前从载体元件上分离，并且膨胀元件在一侧上具有处理箔(handhabungsfolie)。
[0048]
在第二种替代性的改进方案中，可膨胀材料在室温下不是粘性的，并且膨胀元件在一侧上具有用于粘附在结构元件上的粘合膜。
[0049]
这两个示例性的改进方案的优点在于，在此提出的膨胀元件可以因此以带的方式
或以垫的方式使用。
[0050]
在一个示例性实施方案中，当形成膨胀元件时，将可膨胀材料挤出。在一个示例性的改进方案中，将多个可膨胀材料层共挤出。
[0051]
使用挤出机工序来形成膨胀元件具有的优点是，由此不需要任何进一步的步骤，例如加热和再压制不同的层，因为液体材料在挤出过程中结合成一个单元。
[0052]
在一个示例性实施方案中，可膨胀材料是环氧树脂基或橡胶基的化合物。
[0053]
在一个示例性实施方案中，可膨胀材料是热固性材料。在一个示例性的改进方案中，可膨胀材料被构造成使得其在130℃至200℃的温度下固化。
[0054]
在第一示例性变型实施方案中，可膨胀材料具有50％至800％、优选100％至500％、优选100％至300％的膨胀率。
[0055]
在第二替代实施方案中，可膨胀材料具有1000％至3000％、优选1000％至2500％、优选1000％至2000％的膨胀率。
[0056]
可用于本文所提出的膨胀元件的示例性可膨胀材料可以商品名和获得。
[0057]
下面根据示例性实施方案并参考示意图来描述本发明的细节和优点。
附图说明：
[0058]
图1a至1c示出了膨胀元件的示意图；
[0059]
图2a和2b示出了结构元件的空腔中的膨胀元件示意图；以及
[0060]
图3示出了来自表1一系列实验的经膨胀的膨胀元件的示意性横截面。
[0061]
图1a至1c表示膨胀元件1的不同实施例。这里，膨胀元件1分别以横截面图示出。每个膨胀元件1包括可膨胀材料2和一个或多个平面状织物3。膨胀元件1的总厚度7在此被平面状织物3分成各层，其中每一层具有层厚度6。在所有三个实施例中，膨胀元件1的最小层厚6分别设计成使得其为膨胀元件1的总厚度7的至少10％。
[0062]
在所示的三个示例性实施例中，平面状织物3分别对称地设置在膨胀元件1中。然而，在未示出的替代示例性实施例中，平面状织物3也可以不对称设置。
[0063]
在图2a和2b中，膨胀元件1设置在结构元件4的空腔5中。图2a在这里示出了处于未膨胀状态的膨胀元件1，图2b示出了处于膨胀状态的相同的膨胀元件1'。
[0064]
在该图示中可以看出，通过在膨胀材料层2之间设置平面状织物3，实现了在垂直于平面状织物3的方向上增强的膨胀，从而使得可以使用较小的膨胀元件1来封闭两个基本相对置的结构元件之间所存在的间隙。
[0065]
在图2b中显而易见的是，经膨胀的材料2'，尤其是在平面状织物3附近和结构元件4附近，在沿着平面状织物3的平面方向上的膨胀程度小于没有连接到平面状织物3或结构元件4的情况。这种效果导致垂直于平面状织物3的平面方向上的膨胀增强。
[0066]
下面的表1代表示例性膨胀元件的示例性实验系列。在这些实验中，采用不同的可膨胀材料以及不同的平面状织物(以及使用铝箔而不是平面状织物的对比实验)。
[0067]
作为可膨胀的材料施用(表示为sr-604)和(表示为sb-235)。
[0068]
作为平面状织物使用聚酯网、玻璃纤维织物和碳纤维织物。在此，进行了使用一个平面状织物的实验、使用两个平面状织物的实验和没有平面状织物的对比实验。
[0069]
另外，进行了使用铝箔而非平面状织物的实验(样品r1a)。
[0070]
表1
[0071][0072]
首先，从该实验系列中显而易见的是，当膨胀元件膨胀时，平面状织物对高度增加量具有显著的影响。
[0073]
此外，发现平面状织物比使用箔的情况产生更大的高度增加。使用铝箔的对比实验相对于没有平面状织物的参考例具有12％的高度增加量，而使用平面状织物的所有实验产生至少15％的高度增加量。
[0074]
使用铝箔的对比实验的结果还能由本文开头所述的wo 2011/109699a1证实，在其表2中，在四个实施例a至d中使用增强箔，发现与参考例相比，高度增加量的百分比值如下：实施例a-3％，实施例b 8％，实施例c 12％，和实施例d 14％。
[0075]
此外，从该实验系列中可以明显看出，所用平面状织物的数量越多，则垂直于平面状织物平面的膨胀越大(这可从表中的高度增加量知晓)。例如，当使用两个平面状织物时，在该方向上的膨胀大于使用一个平面状织物时的膨胀，并且当使用一个平面状织物时，在期望方向上获得的膨胀大于没有平面状织物的参考例中的膨胀。
[0076]
图3描绘了来自表1中所示的实验设置的三个示例性横截面。图3显示了根据表1的实验设置的三个最低实验(样品br、b1p和b2p)。在所得样品的横截面的该图示中，平面状织物3在改善垂直于平面状织物3的方向上的膨胀方面的效果也是明显的。
[0077]
在图3中，平面状织物3(在该示例性实施方案中为聚酯网)的位置用虚线表示，因为织物由于比例和对比度而不可见。
[0078]
附图标记列表
[0079]
1-未膨胀状态的膨胀元件
[0080]
1'-膨胀状态的膨胀元件
[0081]
2-可膨胀材料
[0082]
2'-经膨胀的材料
[0083]
3-平面状织物
[0084]
4-结构元件
[0085]
5-空腔
[0086]
6-层厚度
[0087]
7-总厚度